CN1578915A - 棱镜薄板、使用该棱镜薄板的背光源单元和透射式液晶显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供棱镜薄板、使用该棱镜薄板的背光源单元和透射式液晶显示装置。本发明的棱镜薄板，是通过使以规定的角度范围的强度分布入射的光线L反射来变换光线的行进方向的棱镜薄板(10)，从薄板基部(12)延伸到顶部(18a)而且用来对光线L进行全反射的反射面，由至少含有曲率小的面、和与上述曲率小的面不同的面的高次面(18)构成。此外，本发明还提供包括上述棱镜薄板的背光源单元和透射式液晶显示装置。

Description

棱镜薄板、使用该棱镜薄板的背光源单元 和透射式液晶显示装置

技术领域

本发明涉及含有棱镜结构的棱镜薄板，更详细地说，涉及在称为透射式液晶显示装置的显示装置中，含有用来使之有选择地反射光线的棱镜结构的棱镜薄板、含有该棱镜薄板构成的背光源单元和透射式液晶显示装置。

背景技术

液晶显示装置，特别是透射式液晶显示装置，适合于在便携用笔记本个人计算机或电视等中使用，近些年来人们日益要求抑制功耗、延长电池驱动时间以及实现轻重量化、高对比度化和小型化。上述透射式液晶显示装置，通常借助于使用称为小型荧光管的光源的背光源单元从背面照射光线，能够进行与由叫做薄膜晶体管阵列的驱动装置驱动的液晶面板的光透过性的变化相对应的种种显示。在该情况下，特别是为了抑制功耗、延长电池的驱动时间，若仅仅抑制称为小型荧光管的光源的功耗，就会因显示部分的亮度降低，显示变暗而变得难于观看，此外，对比度也将降低，使得难于提供良好的显示特性。

为此，人们要求在抑制功耗的同时提高亮度的背光源单元，特别是近些年来作为液晶显示装置的背光源单元人们越来越多地使用具有定向出射性的类型的背光源单元。其理由是因为具有定向性的背光源因反射而产生的损耗比以往的散射式的背光源少，可以有效地利用来自小型荧光管的光线，从而可以在提供良好的显示特性的同时抑制功耗。

此外，迄今为止对于液晶显示装置中使用的上述背光源单元，人们提出了采用种种的方式的方案，作为迄今为止所提出的方式，例如可以举出直下方式、侧光方式等。特别是在近些年来，随着透射式液晶显示装置的薄型化、轻重量化，侧光方式已成为主流。

在图26中示出了以往的侧光方式的背光源单元。如图26所示，以往的背光源单元包含：小型荧光管等的光源60、由具备反射器的灯泡保持器构成的光源部62、向面内导入来自光源60的光线的导光板64、以及设置在其下部的反射板66。此外，如图26所示，在导光板64的上侧配置有用于聚光的棱镜薄板68和用来消除亮度不均匀的扩散板70等的光学部件。

从光源60照射的光线被光源部62聚光后，向导光板64入射。导光板64由透明的丙烯酸系树脂等形成，边反射入射进来的光线边沿着导光板64的内部导入，构成在导光板整个面上亮度大致均匀的平面光源。这时，从导光板取出光线的方式粗分起来有2种，出射分布也随取出方式而不同。

从导光板64取出光的方式之一，是在液晶电视或监视器等中用得很多的方式，是采用借助于印刷在导光板的底面上的点图案使光线L散射的办法将光线取出到导光板64的法线方向正面的方式。用该方式从导光板64取出的光线L的分布具有较好的各向同性。

此外，作为从导光板64取出光的另外的方式，是多用于便携用笔记本个人计算机、电视、蜂窝电话等的方式，是楔状地构成导光板64，通过破坏光线的全反射条件将光取出到导光板的外边的方法。在该情况下，由于要消除偏向或亮度不均匀，故在导光板的底上印刷或加工上点图案。在借助于上述方式取出光线的情况下，出射光具有在从导光板64的法线方向向光的行进方向一侧倾斜很多的斜向方向上具有强度峰值的、具有定向性的分布。在上述任何一种的取出方法中，从导光板64的底面泄漏出来的光线，都会因配置在导光板的背面上的反射板62而向法线方向偏转方向。

此外，为了减少光源的亮度不均匀，如图26所示，在多数情况下在导光板64的上边设置1块或2块扩散板。此外，为了对来自导光板64和扩散板70的光线进行偏向和聚光从而提高正面亮度，除去扩散板之外，还要适宜地配置与需要对应的块数的棱镜薄板。

迄今为止，为了对透射式液晶显示装置的种种的特性进行改良，即便是对于上述棱镜薄板也一直在加以探讨。例如，从具有定向出射性的侧光式背光源单元的导光板面射出的光线，如上所述，通常显示出对法线方向来说在与光源的入射方向相反的一侧的斜向方向上具有强度峰值的射出光分布。在通常的情况下，棱镜薄板或透镜薄板等的光学薄板，是为了使来自该导光板的光偏转方向而使用的。至于这时的棱镜的形状或透镜结构，迄今为止也进行了种种的探讨，例如，对于棱镜薄板，人们提出了棱镜部分处于薄板上表面上的图26所示的那样的朝上式、和把棱镜部分设置在下表面上的在特开2000-89009号公报中公开的那样的朝下式的棱镜薄板。

以下，在本发明中，把棱镜部分朝向、上侧就是说朝向液晶面板一侧的棱镜薄板当作朝上棱镜薄板，把棱镜部分朝向下侧、就是说朝向导光板一侧的棱镜薄板当作朝下棱镜薄板进行参照。朝上棱镜薄板和朝下棱镜薄板各自的光偏向原理和结构不同。

在朝上棱镜薄板中最为一般的形状，是棱镜截面为直角二等边三角形的形状。该棱镜薄板，通常把2块组合起来后配置在导光板的上边，1块以使棱镜三角柱平行于光源的方式配置(对沿平行于荧光管的方向射出的光线进行聚光)，另1块以使三角柱垂直于小型荧光管的方式配置(光的行进方向的聚光)，在其间或下侧，通常配置用来消除亮度不均匀的扩散板。

但是，朝上棱镜薄板，尽管适合于使液晶面板或电视的定向性低的光线偏转方向，但是，对于来自使用楔形导光板的定向性高的背光源单元的光线向法线方向的偏转方向来说却不能说是最合适的。此外，迄今为止，在特开平7-230002号公报、特开平8-254606号公报中，作为朝上棱镜薄板公开了棱镜截面的形状为五角形的方式，在特开平7-294709号公报、特开2000-3470011号公报中公开了将棱镜侧面作成曲面的朝上棱镜薄板。上述棱镜薄板，不论哪一个的目的都在于通过使用折射的原理使光线偏转方向来提高法线方向的亮度。

另一方面，在特开平11-84111号公报、特开2000-89009号公报中，公开了为提高具有定向出射性的背光源单元的亮度而构成的朝下棱镜薄板。

以往，在特开平11-84111号公报、特开2000-89009号公报中公开的那种朝下棱镜薄板，导光板的上边与棱镜部分的顶部邻接接。此外，也有时候在棱镜薄板与导光板之间配置扩散板。对于朝下棱镜薄板，尽管也提出了各种各样的形状的棱镜薄板，但是最为一般的是棱镜截面为二等边三角形的方式。此外，特别是在朝下棱镜薄板中被认为是对于亮度提高有效的结构，是左右非对称地构成棱镜结构的非对称棱镜薄板。但是，即便是对于这些以往熟悉的朝下棱镜薄板，也被指出具有种种的问题。

图27是在朝下棱镜薄板中最一般的、棱镜截面具有2等边三角形结构的棱镜结构的概略图。图27所示的棱镜薄板的目的在于使从导光板入射进来的光线向棱镜上表面偏转方向以提高正面亮度。在图27所示的朝下棱镜薄板中，从棱镜的第1侧面f入射来自导光板或扩散板的光线L，在第2侧面s处光线L被反射后向法线方向偏转方向。这时在通常的情况下，要把棱镜的顶角设计为使得对于在以规定的角度分布入射的入射光线的强度峰值处的入射角的光线来说法线方向的亮度最高。但是，由于因第2侧面s是平面，而使得强度峰值处的角度以外的光线不可能高效率地向法线方向偏转方向，故由聚光得到的亮度提高是不充分的。

此外，图28示出了为了提高亮度而提出来的在特开平10-254371号公报中公开的非对称棱镜薄板。图28所示的非对称棱镜薄板的棱镜部分的截面，被作成为第1侧面f和第2侧面s相对于薄板面的法线方向的角度不同的不等边三角形。棱镜的各个侧面f、s，被倾斜为使得从导光板射出的规定的角度的光线借助于在棱镜的第2侧面s处的反射大致向法线方向偏转方向。除此之外，还设计为使得在第2侧面s和第1侧面f可进行2次的内部反射，使副次性的光线向正面偏转方向。为此，在特开平10-254371号公报中公开的朝下棱镜薄板，由于不仅产生向法线方向的主光线，还产生副光线，还包括所产生的副光线对反射的参与，故具有亮度提高的效果。

但是，在特开平1-254371号公报中公开的非对称棱镜薄板，(1)由于侧面的截面形状仅是直线，故向法线方向偏转方向的光只限于具有特定的2个角度的光线，向该角度以外的方向出射的光线不能向法线方向偏转方向，(2)来自具有定向出射性的背光源的导光板的光线的峰值角度，虽然一般地说是在60度到80度之间，但是，如果朝下非对称地设计棱镜使得具有这样的分布的光线向法线方向偏转方向，则棱镜顶角的角度就会变成为50度或以下，由于顶点尖锐故制造性不好，为此，具有成品率低不适合于量产的缺点。

如上所述，近些年来，在具有开始使用定向性高的背光源单元的倾向的潮流中，迄今为止最为一般地使用着的朝上棱镜薄板，却存在着在具有定向性的光的偏转方向、聚光方面因反射等产生的损耗大，不是最佳这样的一些缺点。

此外，就朝下棱镜薄板来说，也期待着进一步提高反射·聚光的效率，制造容易，而且进一步提高光线的定向性。

除此之外，还要求压低小型荧光管的功耗，在小型化、轻重量化的条件下可提供高亮度、高对比度的显示的背光源单元。

再有，还要求小型化、轻重量化而且可以提高电池驱动时间的透射式液晶显示装置。

发明内容

本发明就是鉴于上述以往技术的缺点而完成的，目的在于提供反射效率高、制造容易、还具有提高光线的定向性的功能的棱镜薄板。

此外，本发明的目的还在于提供可使高亮度、高对比度、低功耗、电池驱动时间的长时间化、小型化成为可能的背光源单元和透射式液晶显示装置。

本发明是得益于发现通过作为棱镜结构采用朝下的结构，同时，采用使用来自高次面的全反射的棱镜薄板，就能够对棱镜薄板赋予高的反射·偏转方向效率，而且棱镜薄板的制造也容易且可降低成本而完成的。

就是说，若采用本发明，则可以提供通过使以规定的角度范围的强度分布入射的光线反射来变换光线的行进方向的棱镜薄板，其中，从薄板基部延伸到顶部而且用来使上述光线进行全反射的反射面，由至少含有曲率小的面、和与上述曲率小的面不同的面的高次面构成。

在本发明的棱镜薄板中，上述高次面由多个平面连接而构成。此外，在本发明的棱镜薄板中，上述高次面由作为上述曲率小的面的至少1个平面、和连接到该平面上的曲面构成。在本发明的上述棱镜薄板中，多个上述反射面彼此靠近，彼此邻接的上述反射面，借助于从上述薄板基部向邻接的反射面的顶部延伸的连接平面进行连接。本发明的棱镜薄板的上述曲率小的面延伸到沿着从上述反射面朝向上述薄板基部的方向的规定的位置为止。本发明的上述连接平面，使以上述规定的角度范围的强度分布入射进来的光线向上述反射面透过(透射)。优选地，本发明的上述棱镜薄板的透过率在90％或以上，而且，来自上述棱镜薄板的出射光的角度分布的半值宽度在15度或以下。

此外，在本发明中，提供一种背光源单元，可在含有液晶面板的透射式液晶显示装置中使用，包括：

用来提供向上述液晶面板照射的光线的光源，

用来使上述光线的行进方向变向上述液晶面板的导光板，以及

与上述导光板邻接配置的棱镜薄板；

其中，上述棱镜薄板包括用来使以规定的角度范围的强度分布从上述导光板入射进来的光线全反射的反射面，上述反射面由至少包括曲率小的面和与上述曲率小的面不同的面的高次面构成。

本发明的背光源单元中的上述高次面，由多个平面连接而构成。在本发明的背光源单元中，上述高次面由作为上述曲率小的面的至少1个平面、和连接到该平面上的曲面构成。在本发明中使用的上述棱镜薄板上，彼此靠近地形成多个上述反射面，彼此邻接的上述反射面，借助于从薄板基部延伸到邻接的反射面的顶部的连接平面进行连接。上述曲率小的面，优选地，是沿着从上述反射面的顶部朝向上述薄板基部的方向一直延伸到规定的位置为止。本发明的上述连接平面，使以上述规定的角度范围的强度分布入射进来的光线向上述反射面透过。在本发明的上述棱镜薄板上构成的反射面的预部，被配置为与导光板邻接。

此外，若根据本发明，则可以提供一种包括背光源单元和液晶面板的透射式液晶显示装置，

上述背光源单元，包括：

用来提供向上述液晶面板照射的光线的光源，

用来使上述光线的行进方向变向上述液晶面板的导光板，以及

与上述导光板邻接配置的棱镜薄板；

其中，上述棱镜薄板包括用来使以规定的角度范围的强度分布从上述导光板入射进来的光线全反射的反射面，上述反射面由至少包括曲率小的面和与上述曲率小的面不同的面的高次面构成。

本发明的透射式液晶显示装置中的上述高次面，由多个平面连接而构成。在本发明的上述高次面由作为上述曲率小的面的至少1个平面、和连接到该平面上的曲面构成。在本发明中的上述棱镜薄板上，彼此靠近地形成多个上述反射面，彼此邻接的上述反射面，借助于从薄板基部延伸到邻接的反射面的顶部的连接平面进行连接。本发明的上述曲率小的面，沿着从上述反射面的顶部朝向上述薄板基部方向延伸到规定的位置。在本发明中，上述连接平面，使以上述规定的角度范围的强度分布入射进来的光线向上述反射面透过，在上述棱镜薄板上构成的反射面的顶部，与上述导光板侧邻接。此外，在本发明中还可以在上述背光源单元与上述液晶面板之间配置透镜部件。

附图说明

图1是示出了本发明的棱镜薄板的一部分的立体图。

图2更为详细地示出了在本发明的棱镜薄板上形成的棱镜结构。

图3是沿着图1和图2所示的棱镜结构的间距方向的剖面图。

图4是使用在图1到图3中说明的棱镜薄板的本发明的背光源单元的立体图。

图5是图4所示的本发明的背光源单元的概略剖面图。

图6是使用图4和图5所示的背光源单元构成的透射式液晶显示装置的剖面图。

图7是本发明的透射式液晶显示装置的详细的分解立体图。

图8示出了来自导光板的典型的出射光分布的特性。

图9示出了在定向性高的导光板中，由棱镜结构的方向产生的光线的偏转方向。

图10是示出了为使77度的光朝向正面所需要的折射率与顶角的关系的曲线图。

图11是示出了在图9(b)中所示的朝下棱镜结构的折射率与顶角之间的关系的曲线图。

图12是示出了在本发明中使用的各个参数的关系的图。

图13是示出了使用代表性的丙烯酸系树脂的折射率1.521来估算朝下棱镜薄板的透过率的结果的图。

图14是示出了使用代表性的丙烯酸系树脂的折射率1.521来估算朝下棱镜薄板的透过率的结果的图。

图15是对于用三角形构成棱镜结构的情况示出了光线的举动的图。

图16是示出了在本发明中使用的参数的图。

图17是示出了棱镜结构的各个侧面f、s上边的点A、点B和各个角度的关系的图。

图18是示出了用本发明计算出来的Bcx与α之间的关系的图。

图19是示出了用本发明计算出来的Bcy与α之间的关系的图。

图20是示出了借助于本发明仿真α为17度的情况下的θ-β的关系的结果的图。

图21是示出了本发明的具体的曲线部分的设计的步骤的图。

图22是对于顶角为55度的棱镜结构时具有图8所示的出射光特性的光源的曲线部分，示出了理想曲线与基于圆弧近似的近似曲线之间的残差的图。

图23是设横轴为棱镜结构的顶角，设纵轴为在各个视角下的光强度(W)仿真其透过光强度的图。

图24是示出了在图23所示的条件下的出射分布与以往的棱镜薄板进行比较的结果的图。

图25是示出了借助于本发明把间距设为50微米(μm)而形成的棱镜结构的图。

图26是示出了以往的侧光方式的背光源单元的图。

图27是示出了在以往的朝下棱镜薄板中最为一般的棱镜截面为二等边三角形的结构的图。

图28是示出了以亮度提高为目的的以往的非对称棱镜薄板的图。

具体实施方式

以下，根据附图所示的特定的实施方式说明本发明，但是，本发明并不限定于附图所示的实施方式。

部分1：棱镜薄板的构成

图1是示出了本发明的棱镜薄板10的一部分的立体图。本发明的棱镜薄板10包括：薄板基部12、和与薄板基部一体地形成的棱镜结构14。棱镜结构14，在棱镜薄板10的整个面上延伸，并且以规定的间距p连续地配置。

液晶显示装置用的棱镜结构的间距p(就是说，各个棱镜的大小)，优选地，为了在目视画面时不显眼，同时为了防止与像素那样的具有规则性的重复图案之间的相干，作成为与像素完全相同的大小且与像素位置对齐配置，或者与像素比较以充分细的间距制作棱镜。实际上，由于使像素与棱镜之间的位置精密地对齐配置这种做法伴随有技术上的困难，故大多数的情况下都是以比像素更细的间距p制作棱镜结构。

但是，由于近些年来液晶显示装置的高精细化的进步，如果制作得太细，则归因于光源的可相干性(相干长度)有时候会产生相干色。一般地说，设定在数10微米左右，具体地说，大多都设定在30微米左右～0.5mm的范围内，在本发明特定的实施方式中，可以把棱镜结构的间距p作成为50微米～60微米左右。此外，在本发明中，为了避免相干也可以对棱镜结构的间距p赋予波动。

如图1所示，棱镜结构14是通过使薄板基部12、连接平面16和高次面18构成大致呈三角柱形状的办法形成的。连接平面16把薄板基部12和高次面18的顶部18a连接起来，高次面18从顶部18a向薄板基部12延伸，一直延伸到邻接的连接平面16b的终端位置20为止。向连接平面16入射规定的角度范围的强度分布的光线L，入射进来的光线L在行进到高次面18后，借助于高次面18向薄板基部12一侧反射。

图2是为了更为详细地示出在本发明的棱镜薄板10上形成的棱镜结构，仅仅示出了连续的棱镜结构中的一个棱镜结构的图。如图2所示，本发明的棱镜薄板10由光透过性的材料形成，用棱镜结构的高次面18的内侧面反射入射进来的光线L。高次面18，由从顶部18a只延伸规定的长度的、在本发明中起着曲率小的面的作用的平面22，和与该平面22的终端部分22a连接、从终端部分22a开始的曲面24构成。入射进来的光线L，借助于平面22或曲面24向薄板基部12反射，通过薄板基部12后，向未画出来的扩散薄板和液晶面板照射。作为在上述本发明中可以使用的曲率小的面，在特定的实施方式中虽然可以举出平面22，但是在本发明中并不限定于平面22，只要是曲率比连接到平面22上的曲面24小、而且具有能够有效地反射以规定的强度峰值、以15°或以下左右的小入射角度幅度入射进来的光线那样的曲率的面，则也可以作成为任何几何学上的面、非球面和复合面。在本发明中，作为上述曲率小的面，从制造上、设计上的观点考虑，由于可以把平面作为合适的实施方式使用，故以下在本发明中，为了便于说明起见，以平面22作为曲率小的面来进行说明。

图3是沿着图1和图2所示的棱镜结构的间距方向的剖面图。图3(a)示出了在本发明中使用的棱镜结构中所含有的高次面18的实施方式1，图3(b)示出了在棱镜结构中含有的高次面18的实施方式2，图3(c)则示出了在棱镜结构中含有的高次面18的实施方式3。图3(a)的实施方式是在本发明中最为理想的、用平面22和连接到平面22上的曲面24形成高次面的实施方式，图3(b)和图3(c)是从制造上的观点等考虑用微小的平面近似地形成高次面的实施方式。

如图3(a)所示，在本发明中使用的棱镜结构中含有的高次面18，由从顶部18a只延伸规定的长度的平面22和连接到该平面22上的曲面24形成。从顶部18a到平面22的终端部分22a为止的沿着间距方向的位置，一直延伸到入射的光线的角度分布中的强度峰值的光线因被其紧挨着的前边的棱镜结构阻止而未达到的临界位置。此外，平面22被形成为这样的角度：使入射的光线的角度分布中的强度峰值的光线以最高的效率向法线方向反射。如图3(a)所示，结果变成为：入射角度比强度峰值的光线还大的光线L1，向比终端部分22a更靠近薄板基部12的一侧入射，并在曲面24处被反射。在图3(a)中所示的d，是棱镜结构的顶部的x坐标与终端部分22a的x坐标之差。

这时，若考虑使平面22一直延伸到薄板基部12一侧的情况，则由于平面22已最佳化为使得以强度峰值的角度入射的光线垂直地向薄板基部12一侧反射，故如果使平面22一直到薄板基部12为止完全照原状延长，结果就变成为不可能使向比终端部分22a更靠近薄板基部12一侧入射的光线高效率地垂直地向薄板基部12一侧反射。为此，在本发明的最合适的实施方式中，作为使得在比终端部分22a更靠近薄板基部12一侧的入射光线的反射角度连续地变大的曲面24，构成比终端部分22a更往上侧的部分。

此外，在本发明的另一实施方式中，如图3(a)所示，虽然也可以把曲面24构成为曲率连续地变化的曲面，但是，从制造性、成本的观点考虑，也可以由与曲面24近似的圆弧或多个平面构成。图3(b)示出了用多个平面构成高次面18的实施方式2。在图3(b)所示的实施方式中，平面22与在图3(a)中说明的那样同样地构成。此外，在图3(b)所示的实施方式中，连接到平面22上的曲面24，已用多个长度更短的微小平面24a置换，并与入射光线L的角度相对应地构成β＞γ的角度。

在本发明中，在用微小的平面近似曲面24的情况下，近似曲面24的微小平面的个数，根据需要用多少个都可以。但是，微小平面的个数，由于尽可能多的一方可以良好地近似曲面24，故是理想的。图3(c)示出的是用2个微小平面24a、24b近似上述曲面24的实施方式。在该情况下，也与入射光线L1的角度变大相对应地构成微小平面使得分别能够得到β＞γ₁＞γ₂的角度。在本发明中，更一般地说用m个的微小平面近似曲面24的情况下则可以决定各个角度使得满足β＞γ₁＞γ₂＞…γ_m-1＞γ_m的关系。

此外，在图3所示的棱镜结构中，α可以作成为0～50度，更为理想的是作成为25～40度，棱镜的顶角δ可以为39～90度，理想的是50～80度，更为理想的是62～77度。

部分2：本发明的背光源单元和透射式液晶显示装置

图4是使用在图1到图3中说明的棱镜薄板10的本发明的背光源单元26的立体图。图4所示的背光源单元26包括：为了使来自光源28的光线向未画出来的液晶面板照射而用来进行引导的导光板30，用来使光线高效率地向液晶面板反射的反射薄板32，与导光板30邻接地设置的本发明的棱镜薄板10，以及与该棱镜薄板10邻接地设置在液晶面板一侧的扩散板34。

扩散板34不是非要配置到图4所示的位置上不可，考虑到光学特性可以适宜使用别的构成。此外，图4所示的背光源单元26的光源28，由叫做小型荧光管的荧光管构成，并把采用收容到构成反射器的收容部分36内的办法变成为一体的背光源单元26构成为使得可以效率良好地向导光板30导入光线。另外，在本发明中除去小型荧光管之外，只要是可以提供适宜的光谱特性的小型光源，都可以使用。来自光源的光线在从导光板30射出后，向用图4的箭头线A所示的方向和导光板30的法线方向偏转方向，并向液晶面板照射，

图5示出了图4所示的本发明的背光源单元26的概略剖面。在图5所示的剖面图中，特别示出了棱镜薄板10与从导光板30照射的光线之间的关系。如图5所示，被导入到导光板30的光线，边在导光板30的内部反射，边被赋予角度定向性，同时向棱镜薄板10照射。在本专利的背光源单元26中，棱镜薄板10进一步提高入射进来的光线的定向性，实现了向导光板30的法线方向的高亮度化。

在本发明中，所谓向棱镜薄板10的入射角度，指的是从导光板30的上侧面30a开始逆时针旋转得出的角度。如图5所示，从导光板30向棱镜薄板10入射进来的光线，被在棱镜薄板10上形成的棱镜结构的高次面18反射，在通过扩散板34后朝向未画出来的液晶面板。在图5中，从导光板30向棱镜薄板10入射的光线，例示性地示出的是在从导光板30射出的光线中与强度峰值对应的角度的光线，示出的是在图3中说明的高次面18的终端部分22a处光线L被反射，方向向液晶面板变化的光线。

此外，高次面18的薄板基部12一侧，如在图1到3中说明的那样，在本发明的优选实施方式中，用曲面构成。如上所述，在本发明中通过采用高次面18，即便是在以比图5所示的光线更大的入射角入射进来的光线超过终端部分22a向薄板基部12一侧入射并被反射的情况下，也可以使来自导光板30的光线高效率地朝向导光板30的法线方向对着液晶面板反射。

图6是示出了使用图4和图5所示的背光源单元26构成的透射式液晶显示装置38的概略的剖面图。本发明的透射式液晶显示装置38包括：背光源单元26；与背光源单元26邻接地配置的液晶面板40；用来对照射到液晶面板40上的光线进行聚光或扩大的透镜要素40a；与液晶面板40邻接、把液晶面板40夹在中间地配置的成对的偏振板42a、42b；用来使通过液晶面板40进来的光线扩散的扩散板44。图4所示的透镜要素40a在本发明中也可以作为在透镜薄板等上形成的凸透镜或双凸透镜构成。另外，在图6所示的实施方式中，示出的是扩散板的构成与图5所示的实施方式不同的实施方式。

图6所示的本发明的透射式液晶显示装置38中使用的透镜要素40a，示出的是在液晶面板40与背光源单元26之间的每一个像素形成的凸透镜。此外，在本发明中，在对应的位置上也可以配置双凸透镜。在本发明的图6所示的透射式液晶显示装置38中，通过并用(兼用)上述透镜要素40a，就可以提高透射式液晶显示装置38的有效开口率。此外，在本发明中，并不是非要使用上述透镜要素40a不可，对于像以往那样不使用透镜要素40a的透射式液晶显示装置来说，也可以得到同样的亮度提高、电池驱动长时间化、高对比度化的效果。

图6所示的本发明的透射式液晶显示装置38，由于使用含有本发明的棱镜薄板10的背光源单元26构成，故可以以高的效率而且以高的定向性向液晶面板40照射来自光源28的光线。为此，本发明的透射式液晶显示装置38，即便是在使用低功耗的光源的情况下，也可以进行既是高亮度又具有高对比度的液晶显示。

图7是示出了本发明的透射式液晶显示装置38的详细的构成的分解立体图。图7所示的本发明的实施方式的透射式液晶显示装置38包括：定义用来定义透射式液晶显示装置38的有效画面的显示用窗口46的上部框架48；本发明的背光源单元26；以及配置在上部框架48与背光源单元26之间的液晶面板40等的要素。

如图7所示，背光源单元26被配置在下侧壳体50上，通过与上部框架48成为一体进行保持，构成本发明的透射式液晶显示装置38。上述背光源单元26，由于使用本发明的棱镜薄板10，故效率良好地向液晶面板40照射来自光28的光线，提供高亮度而且高对比度的液晶显示就成为可能。此外，由于使用本发明的棱镜薄板10，故可以提供降低为了得到与以往同等程度的液晶显示而加到光源上的电力，或者可以使用功耗小的光源，使节能而且小型紧凑设计成为可能的透射式液晶显示装置。

以下，详细地对本发明的棱镜薄板10中的高次面18的设计进行说明。

部分3：在本发明的棱镜薄板中采用的高次面的设计

图8示出了来自在典型的透射式液晶显示装置中使用的具有定向性的导光板的出射光分布的特性。在本发明中使用的导光板的出射光特性，虽然原则上说可以用于任何导光板，但是，特别是对于图8所示的高定向性的导光板可以效果良好地应用。此外，对于出射光特性来说，峰值角度并不限定于77度，只要在考虑到制造性等可以应对，在任何峰值角度的导光板中都可以使用。

如图8所示，从在本发明的特定的实施方式中使用的导光板射出的出射光，在77度上具有强度峰值，出射光的半值宽度为约20度左右。另外，在图8及以下说明的导光板的出射光的角度，是采用把导光板的法线方向定为0度、把朝向光源一侧的方向定为-90度、按顺时针计算的方法定义的。

如图8所示，来自导光板的出射光的特征在于：以规定的角度范围射出，出射光的强度峰值相对于导光板的法线方向，就是说，相对于朝向液晶面板的方向倾斜很大地射出。此外，如图8所示，出射光的角度半值宽度窄、定向性高。为了使来自上述导光板的光效率良好地朝向液晶面板偏转方向，使之对液晶面板的亮度作出贡献，就如以下要说明的那样，优选地，使棱镜薄板的棱镜结构朝向导光板一侧。

就是说，一般地说用于制作棱镜的树脂，是丙烯酸系的透明树脂，其折射率是1.49～1.56左右的范围。图9示出了在定向性高的导光板中，由棱镜结构的方向得到的光线的偏转方向。在本发明中，把来自导光板的出射角定义为θ，把来自棱镜的出射角定义为φ。与这些角度的定义对应的棱镜结构的配置示于图9。在图9中，在图9(a)示出的是把棱镜结构作成为朝上的情况下的光线的举动，图9(b)示出的是把棱镜结构作成为朝下的情况下的光线的举动。

如图9(a)所示，在棱镜结构朝上的情况下，若把棱镜结构设置为棱镜的顶角为δ的二等边三角形、并使二等边三角形的顶点朝上配置，则底角将变成为(π-δ)/2。在该情况下的各个角度的关系可用下式给出

$\sin {\mathrm{\θ}}_1=\frac{1}{n}\sin \mathrm{\θ}$

${\mathrm{\θ}}_2=\frac{\mathrm{\π}-\mathrm{\δ}}{2}-{\mathrm{\θ}}_1$

sinθ₃＝nsinθ₂

$\mathrm{\φ}=\frac{\mathrm{\π}-\mathrm{\δ}}{2}-{\mathrm{\θ}}_3$

(在上式中，各个参数都是图9(a)所示的角度)。图10示出了在使用上述公式的情况下为使77度的光朝向正面所需要的折射率与顶角的关系的曲线图。如图10所示，在上述丙烯酸系树脂的折射率的范围内，结果变成为朝上的棱镜结构的顶角δ被限制在约20度～30度的范围内，顶部的角度则变得非常地陡峭。

采用图9(a)的配置的棱镜薄板，其模具的制作非常困难，同时，在使用光聚合物法，所谓的2P法或喷铸法或者压铸法成型后，在从模具中剥离时会产生顶部的剥离不良等，制造非常困难，结果就变成为会产生制造成品率低等的缺点。这意味着在把棱镜结构的顶部作成为朝上以提供具有良好的制造性的棱镜结构的情况下，使具有定向性的光线效率良好地朝向作为朝向液晶面板的方向的纸面上侧的方向这一点，在现实问题上是不可能的。上述状况，在非对称而不是图9(a)所示的对称的三角形的情况下，也是同样的。

另一方面，若对于把棱镜结构作成为朝下的顶角为δ的二等边三角形的情况进行同样的考察，则图9(b)所示的各个角度的关系，就可用下述公式给出

${\mathrm{\θ}}_1=\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{2}+\frac{\mathrm{\δ}}{2}$

${\sin \mathrm{\θ}}_2=\frac{1}{n}{\sin \mathrm{\θ}}_1$

${\mathrm{\θ}}_3=\frac{3}{2}\mathrm{\δ}-{\mathrm{\θ}}_2-\frac{\mathrm{\π}}{2}$

sinφ＝nsinθ₃

图11示出了图9(b)所示的朝下的棱镜结构中的折射率与顶角的关系的曲线图。如图11的曲线图所示，在把棱镜结构作成为朝下，并在棱镜的侧面r处反射偏转方向的情况下，则可以使棱镜结构的顶角δ增大到约60度～70度。为此，表明在使用给出定向性高的出射光的导光板的情况下，把棱镜结构构成为朝下，同时用棱镜侧面r进行反射是有效的。

此外，即便是参看图9对透过率进行考察，在把棱镜结构作成为朝上的情况下，也需要2次的折射，作为全体的透过率则由界面处的透过率的积决定。此外，由图9(b)可知，在棱镜结构为朝下的情况下，与朝上的情况下同样有2个进行折射的界面，而在其上再加一个反射的面。在本发明中，通过把棱镜结构的角度设定为使得图9(b)所示的反射面r对入射进来的光线进行全反射，就可以使反射率变成为100％，从而可以防止因加上反射而产生的效率的降低。

在这里，在图13、14中示出了使用代表性的丙烯酸系树脂的折射率1.521估算朝下棱镜薄板的透过率的结果。图13是从空气中向介质中行进的情况，图14则是从介质中向空气中行进的情况。在从介质中向空气中射出的情况下，得知：在比用

$\mathrm{\θc}=\arcsin \left(\frac{1}{n}\right)$

决定的角度(临界角)还大的情况下，就变成为全反射，反射率变成为100％。在把折射率设为1.521的情况下，用上述公式给出的临界角为41度。在把棱镜结构体构成为朝下的情况下，则可以构成为使得在棱镜面处产生的反射，总是满足全反射条件，特别是在使用丙烯酸系树脂的情况下，不会产生大的缺憾。

以下，对棱镜结构的形状进行探讨。就棱镜结构的形状来说，以往一般地说采用的是截面为三角形的棱镜结构。在该情况下，三角形的形状是各种各样的，如上所述，人们还提出了从二等边三角形的形状到非对称三角形的形状。如上所述，迄今为止举出了使棱镜截面形状为多角形形状或侧面用曲线构成的的棱镜薄板朝下地使用的例子，但是不论哪一者都不能采用使之进行全反射的构成，不能使峰值为斜向方向(60度到80度)的入射光向导光板发的法线方向，即向纸面上侧偏转方向。

本申请的发明人们，发现通过用直线构成一方的面，把与此成对地形成棱镜结构的面作成为把直线和曲线组合起来的高次面、以使用全反射的办法，就可以使来自具有定向性的导光板这样的光源的光效率良好地向正面偏转方向，从而导致本发明的产生。以下，根据本发明的原理，边进行棱镜结构中的几何光学方面的考察，边更为详细地对本发明的棱镜薄板进行说明。

为了使来自导光板的光线效率良好地向液晶面板一侧、向导光板的法线方向偏转方向，在三角形或多角形的棱镜的情况下，可根据来自导光板的出射光线的峰值角度来决定斜面的角度。图15对于由三角形构成的情况示出了光线的举动。从导光板射出的出射光的峰值角度的光线L，在第1面f处边进行折射并向棱镜入射，在第2面s处进行全反射并向法线方向偏转方向。棱镜结构，由于相同形状的结构以间距p平行地排列，故强度峰值处的角度的光线L只被第2面s的有效区域ea反射而向正面偏转方向，为此，结果就变成为比峰值角度还小的出射角度的光线，就是说对棱镜结构以大的角度入射的光线，在比图15的有效区域ea更往上部处被反射。

有效区域ea的纸面上侧的终端，构成在图3中说明的终端部分22a。以下，在本部分中，把该终端部分22a定义为连接点Bc。在本发明中，在作为曲率小的面采用平面22以外的情况下，连接点Bc就可以定义为以规定的角度分布入射的光线的强度峰值处的光线L被高次面18反射的位置。此外，从实用的观点看，连接点Bc，也可以在入射光线的角度分布中的强度峰值的半值全宽度(FWHM：Full Width at Half Maximum)的范围的光线被高次面18反射的范围内作为连接点Bc附近的高次面18上的点适宜地选择。以下，在本发明中，把连接点Bc的x坐标设为Bcx，把y坐标设为Bcy以进行参考。从连接点Bc照射到图15的纸面上侧的部分上的用箭头线L1表示的光线，由于第2面s已对于峰值角度进行了最佳化，故在不使用本发明的情况下，就如用图15的箭头线B所示的那样，结果变成为向从法线方向偏离开来的方向出射。该状况即便作为棱镜结构仅仅采用多角形也是同样的，在仅仅用单纯的直线构成反射面的棱镜结构的情况下，可以说不能够提供充分的效率。

此外，尽管也可以考虑用曲线构成第2面s全体，但是却不能使导光板的所有的出射光的峰值角度都朝向法线方向，反而会降低作为全体的反射效率。为使来自图8所示的定向性高的光源的光线有效地向法线方向偏转方向，在本发明中，发现用直线和曲线构成高次面最能有效利用来自光源的光线。就是说，优选地，来自光源的峰值角度的光线L，由于仅仅照射到有效区域ea上，所以这部分用已对峰值角度最佳化的角度的直线构成，而在比连接点Bc更往纸面上侧的部分，则像图15的虚线示出的曲面那样，为了朝向正面而动态地改变面的角度。

在图15中比连接点更往纸面上侧的部分中，亮度应变成为最高的出射光的角度，是比峰值角度仅仅小一些的角度，出射光的强度，就如图8所示的那样，由于随着从峰值角度远离开来而平滑地减小，故从原理上说理想的是用角度连续地变化下去的曲线构成从连接点Bc向上侧的部分。但是，在本发明中，如上述图3所示，在可以提高效率的范围内，可以用多个平面、圆弧等对曲线进行近似。另外，至于用圆弧近似曲线的具体的实施方式将在后边更为详细地进行讲述。

以下，对含有在本发明中采用的高次面的棱镜结构的设计详细地进行说明。在含有高次面的棱镜结构的设计中使用的参数，是来自导光板的光的峰值角度(θpeak)、棱镜的折射率(n)、以及棱镜的顶角。棱镜的顶角，把对于法线的光的入射侧的斜面(第1侧面f)的角度定义为α，把相反侧(用直线和曲线构成的面一侧、第2侧面f)的斜面的角度定义为β。在图16和下述表中，归纳起来示出了在本发明中使用的参数。

如图16所示，点A是入射光通过第1侧面f的点，点B是通过了第1侧面f后的光线在第2侧面s处被反射的点。此外，平面部分与曲线部分之间的连接点设为Bc示于图16。

如图16所示，在本发明的棱镜薄板的设计中，把棱镜的顶角的角度分成α和β进行定义。在通常的情况下，对于规定的α来说，β可以根据下述关系一意地决定。

点A  的坐标：

解上述方程式组，点A的位置坐标，可定义为下述公式。

$\mathrm{Ax}=\frac{\mathrm{pitch}*\tan {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{peak}}}{\tan \mathrm{\α}+\tan {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{peak}}},\mathrm{Ay}=\frac{\mathrm{pitch}}{\tan \mathrm{\α}+\tan {\mathrm{\θ}}_{\mathrm{peak}}}(\mathrm{pitch}=\mathrm{Bcx}-d)$

点Bc的坐标：

在点A处折射后的光在介质中行进，其角度可根据折射(Snell)定律用下式给出。

sinφ₁＝n*sinφ₂

$({\mathrm{\φ}}_1=\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{2}+\mathrm{\α})$

在点B处，被高次面反射后的光，由于朝向导光板的法线方向，故必须满足下述公式的条件

$\frac{\mathrm{\π}}{2}+{\mathrm{\φ}}_2-\mathrm{\α}=2\mathrm{\β}$

在上述的公式中，β可以用α一意地决定。另外，在图17中，示出了上边所说点A、点B和各个角度的关系。

点Bc是相当于与θpeak对应地决定的点B的点，其坐标，可作为以下的方程式组

的解，由下述公式给出

$\mathrm{Bcx}=\frac{\frac{\mathrm{pitch}}{\tan \mathrm{\β}}+\mathrm{Ax}*\tan (\mathrm{\α}-{\mathrm{\φ}}_2)+\mathrm{Ay}}{\frac{1}{\tan \mathrm{\β}}-\tan (\mathrm{\α}-{\mathrm{\φ}}_2)},\mathrm{Bcy}=\frac{(\mathrm{Ax}+\mathrm{pitch})\tan (\mathrm{\α}-{\mathrm{\φ}}_2)+\mathrm{Ay}}{1-\tan \mathrm{\β}\tan (\mathrm{\α}-{\mathrm{\φ}}_2)}(\mathrm{pitch}=\mathrm{Bcx}-d)$

以下，更为详细地说明θpeak中的α与β之间的关系。

图18示出了所计算出来的Bcx与α之间的关系，图19示出了所计算出来的Bcy与α之间的关系。连接点Bc的坐标，可以根据上述关系决定，从连接点Bc开始的曲面或曲线可以如下所述地决定。就是说，来自导光板的出射光，通过作为座标轴原点的棱镜的顶点，使β随着光线的出射角从θpeak如图8所示那样减小下去而变化。即，重要的是知道β与θ(出射角度)的关系。这由于要用α决定，故可知α是支配在本发明中使用的高次面的形状的主要的参数。

图20示出了对在α为17度的情况下的θ-β的关系进行仿真的结果。如图20所示，可知随着出射角度θ的增大，β需要不断地增大下去。为此，在本发明的优选实施方式中，曲线24的部分，可以根据光源的出射光特性作为曲率逐渐变大的曲线进行定义。

本发明的具体的曲线部分的设计，可以采用参照图21采用如下的步骤实现。首先，把点Bc设为B₀，依次设为B₁、B₂、…。

(1)决定α。

(2)决定与α相对的点Bc(＝B₀)的坐标。从顶点到点Bc为直线。

(3)求θ-β关系。

(4)把刻度宽度设为Δθ，求θ-Δθ的时候的φ₂，把通过点A具有φ₂-α的斜度的直线，和通过点B₀斜度为π/(2-β)的直线之间的交点作为下一个点B₁。

(5)以后，再以点B₁为基准同样地求点B₂，反复进行该操作。

在本发明中，进而一般地说可以通过在β对θpeak的关系式中把θpeak置换为θ并连续地决定γ从而得到理想的曲面。就是说，本发明的理想的曲面，可以采用使得满足下式那样地依次决定γ的办法得到。

$\mathrm{\γ}\left(\mathrm{\θ}\right)=\frac{\mathrm{\π}}{4}-\frac{\mathrm{\α}}{2}+\frac{1}{2}\mathrm{\φ}\left(\mathrm{\θ}\right)$

$\mathrm{\φ}\left(\mathrm{\θ}\right)={\sin }^{-1}\left\{\frac{1}{n}\sin (\mathrm{\α}+\mathrm{\θ}-\frac{\mathrm{\π}}{2})\right\}$

在本发明中，可以通过重复必要次数的上述步逐来设计曲线部分。但是，在本发明中，也可以用最接近上述的曲线的圆弧、直线对理想的曲线进行近似。以下，对于用圆弧近似上述曲线的情况具体地进行说明。在该情况下，由于必须在点B₀处与直线部分平滑地连接，故要用以下那样的参数进行用圆弧进行的近似。

在使用曲率中心为(c₁，c₂)、曲率半径为R的圆弧的情况下，由于要满足

$(c_1,c_2)=\frac{R}{\sqrt{{\mathrm{By}}^2+{(\mathrm{pitch}-\mathrm{Bx})}^2}}(\mathrm{By},\mathrm{pitch}-\mathrm{Bx})+(\mathrm{Bx},\mathrm{By})$

的关系，故独立的参数只有R，可以用可用下式表示的圆弧的公式

(x-c₁)²+(y-c₂)²＝R²

进行近似。本申请的发明人们锐意加以探讨的结果发现：即便是用圆弧对曲线部分进行近似，也可以得到在实用上与用理想曲线构成的高次面相比毫不逊色的效率。

在图22中，对于顶角为55度的棱镜结构的情况，对于具有在图8中所示的出射光特性的光源的曲线部分，示出了理想曲线与基于圆弧近似的近似曲线之间的残差。如图22所示，即便是在用圆弧进行近似的情况下也可以进行良好的近似而在两曲线间几乎没有残差。此外，在本发明中，尽管效率会某种程度地降低，但是，如图3(b)、图3(c)所示，也可以用多个微小平面对理想曲线进行近似。

部分4：本发明的棱镜薄板的反射特性的仿真探讨

使用在如上所述那样地得到的本发明中使用的棱镜结构的形状，进行了3维光线追踪仿真。

在实际把棱镜薄板配置在液晶显示装置上的情况下，为了消除不需要的莫尔条纹等，一般的构成是在其上侧的规定的位置上设置扩散板。为此，在仿真中，作为根据实测值、用高斯(Gauss)散射使光线散射的扩散板，以对扩散特性进行了近似的扩散板为为样板配置扩散板，进行了仿真。

光源被设为具有图8所示的出射光特性，以从底面反映实测值的分布，使光线朝向下侧发射。棱镜结构的部分，完全不加改变地使用用上述方法使之反映光源的特性地设计的值。此外，还设置为在把本发明的棱镜薄板夹中间与光源相对的一侧配置扩散板的结构进行了仿真。用上述结构，对使本发明的棱镜薄板的棱镜结构的顶角变化的情况下的、视角为±1度和±2度的透过光的强度进行了仿真。此外，为进行比较，还对在特开平11-84111号公报等中公开的朝下非对称棱镜进行了仿真。图23示出了这些仿真的结果。

图23是以横轴为棱镜结构的顶角、纵轴为在各个视角的光强度(W)仿真其透过光强度的图。通常，在透射式液晶显示装置中，正面亮度大多在视角为1度到2度的范围内进行测定。用直线表示的是作为以往的棱镜的一个例子采用的朝下非对称棱镜的结果，用曲线示出的结果是使用本发明的棱镜薄板的情况下的结果。

如图23所示，可知在具有图8的出射分布的导光板的情况下，在把棱镜结构的间距作成为50微米的情况下，在约68度左右的顶角中正面亮度变成为最高，可以提供充分的制造性。此外，如图23所示，在采用本发明的棱镜薄板的情况下，尤其是在对于透射式液晶显示装置来说重要的视角范围内，与以往的棱镜薄板比较，可使规定的视角下的亮度提高约1.2～1.5倍。

此外，图24示出了在图23所示的条件下对出射分布进行比较的结果。如图24所示，在使用本发明的棱镜薄板的情况下的强度分布，在半值宽度处在以往的朝下非对称棱镜的情况下约为25度，在本发明的棱镜结构的情况下则变成为约12度，若采用本发明，则出射光线的角度分布的半值宽度将变成为大约一半。特别是在本发明中，在棱镜薄板的透过率在90％或以上中，出射光线的角度分布的半值宽度将变成为15度或以下这种情况，由于可以赋予良好的亮度特性故是理想的。此外，如图24所示，表明通过应用本发明，所希望的视角中的峰值强度也已同时提高，若采用本发明则可以效率良好地进行聚光，而且，可以效率良好地提高正面亮度。

以下，对由本发明提供的显示特性，对本发明的图6所示的透射式液晶显示装置38的实施方式加以探讨。在图6所示的透射式液晶显示装置38中，使用了透镜要素40a，在使用图6所示的透镜要素40a的情况下，像的大小(l)将变成为大约l＝d×2sin(θ/2)。在这里，d是液晶面板的玻璃基板的厚度，θ是入射到液晶面板上的光的扩展角的半值宽度。在这里若设d＝0.7mm，θ＝12度，则l将变成为l150微米。

因此，表明若在图6所示的本发明的特定的实施方式的透射式液晶显示装置38中起用本发明的棱镜薄板10，则可以使用本发明的棱镜薄板10提高亮度特性(出射光的角度分布特性：半值宽度约12度)，在使用在厚度为0.7mm的玻璃基板上形成的液晶面板40的情况下，可以改善像素的大小比大约150微米还大的液晶面板的光透过率。此外，根据同样的考察对于近些年来一直多为使用的0.5mm或者更薄的玻璃基板的情况来说，即便是对于已形成了更为高精细的像素的液晶面板也可以得到效果。此外，若采用本发明，由于通过液晶的光的扩展角度范围狭窄，故可以改善在TN液晶等中斜向通过显示元件的光会成为问题的对比度反转等的以往的透射式液晶显示装置中被人们所指出的缺点。

图25作为本发明的特定的实施方式示出了把间距定为50微米形成的棱镜结构。在制造本发明的棱镜薄板时，作为有效制作数十微米(μm)大小的棱镜的方法，可以说树脂成型法、例如喷铸法、压铸法或光聚合物法(以下，叫做2P法)等是在经济方面最有效的成型方法。不论哪一种方法，都采用以铜、镍等的金属，或环氧树脂和丙烯酸系树脂等的塑料为母模具，把其表面形状复制到树脂上的办法，形成棱镜母模具的复制品。为此，对于所希望的棱镜形状，就可以使用阴形状的模具。

作为上述阴模具的制作方法，在金属性的模具的情况下可以举出，直接切削加工或把树脂或金属切削加工成阳形状后，采用电铸镍等的办法制作的方法。此外，还可以用金属或树脂制作成阳形状，然后将之复制到树脂上来制作阴的树脂模具。就是说，如果可以切削加工本发明的形状的阴或阳中的任何一者的形状，则就可以进行棱镜薄板的制作。

更为详细地对本发明的棱镜薄板的制造进行说明。先制作截面形状与本发明的棱镜结构的截面形状相同的金刚石切刀，对在模具用不锈钢素材上边实施了厚度300微米的镀铜的素材进行切削加工制作阴模具。借助于本发明提供的曲线，可以用圆弧近似良好地进行近似。此外，也可以使用剑切刀把棱镜结构的曲面部分当作多个微细平面的集合进行切削以制作阴模具而不是像上述那样制作金刚石切刀。在该情况下，也可以用电铸法等制作在塑料的成型中使用的阴模具。

此外，在使用光聚合物法的情况下，可以使用丙烯酸系2P树脂(例如株式会社スリ-ボンド，30Y266)，使用紫外线灯泡进行约1J/cm²的曝光，使2P树脂固化，把模具的形状复制到树脂上，在基材上制作棱镜。此外，除去上述以外，也可以适宜地使用注射成型或压缩成型法。此外，也可以使用这样的方法：借助于车床加工切削轮子状的模具素材制作阴模具，将聚对苯二甲酸乙酯(PET)等做成轮子状，向该轮子状的薄板基材上边连续涂敷2P树脂和成型。此外，在本发明中，把用电铸法从平板状的阳模具制作成的阴模具弯曲成轮子状，也同样可供连续成型。

把以上归纳起来，表明可以用本发明得到如下的效果。

就是说，如在表2中所归纳的那样，若采用本发明，则可以提供这样的棱镜结构：效率良好地使来自强度峰值位于60度～80度，半值全宽度在20度以内的定向出射性背光源的光向正面偏转方向，而且，与以往技术比较，大约可将半值全宽度聚光成一半，使正面亮度与以往技术比提高1.2到1.5倍。

此外，若采用本发明，则可以提供光的利用效率高，制造容易且具有提高光线的定向性的功能的棱镜薄板。

再有，若采用本发明，则可以提供使高亮度、高对比度、低功耗、电池的长寿命化、小型化成为可能的背光源单元和透射式液晶显示装置。

再有，若采用本发明，则可以制作可充分地量产的棱镜薄板而不会伴有大幅度的成本上升。

到此为止虽然一直是根据特定的实施方式对本发明进行说明，但是，本发明并不限定于上述特定的实施方式。此外，就本发明来说，虽然一直把在透射式液晶显示装置中使用的棱镜薄板作为具体的实施方式进行说明，但是，本发明并不限于适用于透射式液晶显示装置的棱镜薄板，对于为使斜向入射的光线高效率地向法线方向偏转方向而使用的光学部件理所当然地也可以应用。

Claims (21)

1.一种棱镜薄板，通过使以规定的角度范围的强度分布入射的光线反射来变换光线的行进方向，其中，从薄板基部向顶部延伸且用来使上述光线进行全反射的反射面，由至少含有曲率小的面和与上述曲率小的面不同的面的高次面构成。

2.根据权利要求1所述的棱镜薄板，其中，上述高次面由多个平面连续构成。

3.根据权利要求1所述的棱镜薄板，其中，上述高次面由作为上述曲率小的面的至少1个平面、和与该平面连续的曲面构成。

4.根据权利要求1～3中任意一项所述的棱镜薄板，其中，在上述棱镜薄板上多个上述反射面靠近地形成，彼此邻接的上述反射面，通过从上述薄板基部向邻接的反射面的顶部延伸的连接平面连接。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的棱镜薄板，其中，上述曲率小的面从上述反射面的顶部沿着朝向上述薄板基部的方向延伸到规定的位置。

6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的棱镜薄板，其中，上述连接平面，使以上述规定的角度范围的强度分布入射进来的光线向上述反射面透过。

7.根据权利要求1～6中任意一项所述的棱镜薄板，其中，上述棱镜薄板的透过率是90％或以上，而且，来自上述棱镜薄板的出射光的角度分布的半值全宽度为15度或以下。

8.一种背光源单元，被用于含有液晶面板构成的透射式液晶显示装置中，包括：

用来提供向上述液晶面板照射的光线的光源；

用来使上述光线的行进方向朝向上述液晶面板变化的导光板；以及

与上述导光板邻接配置的棱镜薄板；

其中，上述棱镜薄板包括用来使以规定的角度范围的强度分布从上述导光板入射进来的光线全反射的反射面，上述反射面，由至少包括曲率小的面和与上述曲率小的面不同的面的高次面构成。

9.根据权利要求8所述的背光源单元，其中，上述高次面由多个平面连续构成。

10.根据权利要求8所述的背光源单元，其中，上述高次面由作为上述曲率小的面的至少1个平面、和与该平面连续的曲面构成。

11.根据权利要求8～10中任意一项所述的背光源单元，其中，在上述棱镜薄板上靠近地形成多个上述反射面，彼此邻接的上述反射面，通过从薄板基部延伸到邻接的反射面的顶部的连接平面连接。

12.根据权利要求8～11中任意一项所述的背光源单元，其中，上述曲率小的面从上述反射面的顶部沿着朝向上述薄板基部的方向延伸到规定的位置。

13.根据权利要求8～12中任意一项所述的背光源单元，其中，上述连接平面，使以上述规定的角度范围的强度分布从上述导光板入射进来的光线向上述反射面透过。

14.根据权利要求8～13中任意一项所述的背光源单元，其中，在上述棱镜薄板上构成的反射面的顶部与上述导光板邻接。

15.一种透射式液晶显示装置，包括背光源单元和液晶面板构成，

其中，上述背光源单元包括：

用来提供向上述液晶面板照射的光线的光源；

用来使上述光线的行进方向朝向上述液晶面板变化的导光板；以及

与上述导光板邻接配置的棱镜薄板；

其中，上述棱镜薄板包括用来使以规定的角度范围的强度分布从上述导光板入射进来的光线全反射的反射面，上述反射面，由至少包括曲率小的面和与上述曲率小的面不同的面的高次面构成。

16.根据权利要求15所述的透射式液晶显示装置，其中，上述高次面由多个平面连续构成。

17.根据权利要求15所述的透射式液晶显示装置，其中，上述高次面由作为上述曲率小的面的至少1个平面，和与该平面连续的曲面构成。

18.根据权利要求15～17中任意一项所述的透射式液晶显示装置，其中，在上述棱镜薄板上靠近地形成多个上述反射面，彼此邻接的上述反射面，通过从薄板基部延伸到邻接的反射面的顶部的连接平面连接。

19.根据权利要求15～18中任意一项所述的透射式液晶显示装置，其中，上述曲率小的面，从上述反射面的顶部沿着朝向薄板基部的方向延伸到规定的位置。

20.根据权利要求15～19中任意一项所述的透射式液晶显示装置，其中，上述连接平面，使以上述规定的角度范围的强度分布从上述导光板入射进来的光线向上述反射面透过，在上述棱镜薄板上构成的反射面的顶部，与上述导光板一侧邻接。

21.根据权利要求15～20中任意一项所述的透射式液晶显示装置，其中，还在上述背光源单元与上述液晶面板之间配置透镜要素。

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